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Die Erfindung betrifft eine Drehbaugruppe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Eine Drehbaugruppe ist beispielsweise aus
WO 2017/186227 A1 bekannt. Die als Hybridantriebsvorrichtung ausgeführte Drehbaugruppe ist in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet und umfasst einen Elektromotor mit einem festgelegten Stator und einem gegenüber diesem um eine Drehachse drehbaren Rotor und eine mit einem Antriebselement verbundene und zwischen dem Antriebselement und dem Elektromotor angeordnete Drehschwingungsbaugruppe mit einem Drehschwingungsdämpfer, aufweisend ein Dämpfereingangsteil, das mit dem Antriebselement verbunden ist und ein gegenüber dem Dämpfereingangsteil begrenzt verdrehbares Dämpferausgangsteil, das über eine Trennkupplung mit dem Rotor verbunden ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Elektromotor und der Drehschwingungsbaugruppe zu verringern.
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Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch eine Drehbaugruppe gelöst, aufweisend einen Elektromotor mit einem Stator und einem um eine Drehachse drehbaren Rotor und eine Drehschwingungsbaugruppe zur Verringerung von Drehschwingungen mit einem drehbaren Anschlussbauteil und einem diesem zugeordneten und gegenüber dem Rotor begrenzt bewegbaren Auslenkungselement, wobei zwischen dem Rotor und dem Auslenkungselement Entkopplungsmittel zur Verringerung eines von dem Rotor auf das Auslenkungselement einwirkenden elektromagnetischen Feldes angeordnet sind. Dadurch kann die Drehschwingungsbaugruppe und der Elektromotor näher zusammen angeordnet werden und der Bauraum der Drehbaugruppe verringert werden. Die Leistungsfähigkeit des Elektromotors kann erhöht werden. Die Bewegung des Auslenkungselements relativ zu dem Rotor kann weniger beeinflusst durch das elektromagnetische Feld des Rotors erfolgen. Die Reibung des bewegbaren Auslenkungselements kann verringert werden. Die Leistungsfähigkeit der Drehschwingungsbaugruppe wird erhöht.
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Die Drehbaugruppe kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Die Drehbaugruppe kann in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnet sein. Der Antriebsstrang kann ein Hybridantriebsstrang sein.
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Ein Antriebsdrehmoment eines Antriebselements, beispielsweise des Elektromotors, eines Verbrennungsmotors und/oder eines weiteren Elektromotors, kann über die Drehschwingungsbaugruppe übertragbar sein.
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Das Auslenkungselement kann unmittelbar an dem Anschlussbauteil begrenzt bewegbar angeordnet und/oder aufgenommen sein. Das Auslenkungselement kann an dem Anschlussbauteil anliegen. Das Auslenkungselement und das Anschlusselement können eine Baueinheit bilden.
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Die Entkopplungsmittel können das Antriebsdrehmoment übertragen oder außerhalb einer Drehmomentübertragung des Antriebsdrehmoments angeordnet sein.
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Das elektromagnetische Feld des Elektromotors kann ein statisches elektromagnetisches Feld und/oder ein elektromagnetisches Wechselfeld sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Auslenkungselement um die Drehachse drehbar ist und zur Verringerung der Drehschwingungen umfangsseitig gegenüber dem Rotor begrenzt auslenkbar ist. Dabei ist es nicht erforderlich, dass das Auslenkungselement unmittelbar an dem Rotor angeordnet ist. Die gegenüber dem Rotor begrenzte Auslenkung kann eine Relativbewegung gegenüber dem Rotor in dem Bezugssystem des Rotors, das insbesondere um die Drehachse drehbar ist, sein.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entkopplungsmittel ein Abschirmelement umfassen. Das Abschirmelement kann ein Abschirmblech sein. Das Abschirmelement kann zusätzlich eine Abgrenzung zumindest des Auslenkungselements bezüglich Temperatureinflüssen, Verschmutzungen und/oder Beschädigungen, insbesondere als Berstschutz, bewirken.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der das Abschirmelement axial und/oder radial zwischen dem Rotor und dem Auslenkungselement angeordnet ist. Das Abschirmelement kann sich im Wesentlichen in axialer oder radialer Richtung erstrecken.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn das Anschlussbauteil drehfest mit dem Rotor verbunden ist. Das Anschlussbauteil kann unmittelbar an dem Rotor oder einem den Rotor aufnehmenden Bauteil, beispielsweise einem Rotorträger, befestigt sein. Das Anschlussbauteil und der Rotor können fest miteinander verbunden sein.
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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Drehschwingungsbaugruppe einen Drehschwingungsdämpfer und/oder ein Fliehkraftpendel umfasst. Der Drehschwingungsdämpfer kann einen, bevorzugt um die Drehachse, drehbaren Dämpfereingang und einen, bevorzugt um die Drehachse, drehbaren Dämpferausgang aufweisen. Der Dämpferausgang kann gegen die Rückstellkraft eines Federelements gegenüber dem Dämpfereingang begrenzt verdrehbar sein. Das Auslenkungselement kann den Dämpfereingang, den Dämpferausgang und/oder das Federelement umfassen.
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Das Fliehkraftpendel kann einen, bevorzugt um die Drehachse, drehbaren Pendelmassenträger und wenigstens eine daran entlang einer Pendelbahn begrenzt auslenkbar aufgenommene Pendelmasse aufweisen. Das Auslenkungselement kann die Pendelmasse umfassen. Die Pendelmasse kann gegenüber dem Pendelmassenträger durch eine die Pendelbahn ausbildende Pendellagerung begrenzt bewegbar sein. Die Pendellagerung kann wenigstens ein Lagerelement und wenigstens eine Abrollfläche umfassen. Das Lagerelement kann bei der Auslenkung der Pendelmasse entlang der Pendelbahn auf der Abrollfläche abrollbar sein.
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Durch die gegenseitige begrenzte Bewegbarkeit zwischen Dämpfereingang, Federelement und Dämpferausgang und/oder zwischen der Pendelmasse und dem Pendelmassenträger bestehen reibungsbelastete Anlaufstellen. Die Reibung an diesen Anlaufstellen kann abhängig von dem durch den Rotor aufgebauten elektromagnetischen Eintrag auf das Auslenkungselement sein.
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Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch eine Drehbaugruppe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorangehend beschriebenen Merkmale gelöst, wobei das Auslenkungselement aus einem ersten Material aufgebaut ist, dessen relative magnetische Permeabilität kleiner als eine Referenzpermeabilität, entsprechend einer relativen magnetischen Permeabilität von 16MnCr5 (1.7131) Stahl als Referenzmaterial ist. Dadurch kann der Einfluss von dem das Auslenkungselement treffenden elektromagnetischen Streufeld des Elektromotors verringert werden.
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Das Referenzmaterial kann ein ferritischer Martensit-Stahl sein. Das erste Material kann ein Austenit-Stahl sein. Das erste Material kann ein nichtferritischer Stahl sein. Das zweite Material kann ein ferritischer Stahl sein.
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Die Referenzpermeabilität kann abhängig von der Weiterbearbeitung und Herstellung des Referenzmaterials sein, wobei dann die Referenzpermeabilität durch die kleinste auftretende relative magnetische Permeabilität von allen Unterformen des Referenzmaterials gebildet ist. Die Referenzpermeabilität kann sich auf die relative magnetische Permeabilität nach Herstellung des Referenzmaterials als Halbzeug beziehen.
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Das Auslenkungselement kann eine erste Pendelmasse umfassen, die mit einer zweiten Pendelmasse fest verbunden ist. Die erste Pendelmasse kann aus dem ersten Material und die zweite Pendelmasse aus dem Referenzmaterial oder einem dritten Material, dessen relative magnetische Permeabilität größer als die des ersten Materials ist und/oder kleiner gleich der des Referenzmaterials ist, aufgebaut sein. Dabei können möglicherweise entstehende Abweichungen durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Materialien bei den Pendelmassen durch Anpassung der Abmessungen und/der Lage der ersten und zweiten Pendelmasse ausgeglichen werden.
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Bei einer vorzugsweisen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Drehschwingungsbaugruppe Anlaufbereiche aufweist, die durch die gegenüber dem Rotor begrenzte Bewegung des Auslenkungselements reibungsbelastet sind und die zumindest teilweise aus einem zweiten Material mit einer Materialhärte größer als die des ersten Materials aufgebaut sind.
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Ist das Auslenkungselement eine Pendelmasse, können die Anlaufbereiche die Abrollflächen umfassen. Die Anlaufbereiche können als getrennt von dem Auslenkungselement ausgeführtes Bauteil mit diesem verbunden sein. Die Anlaufbereiche können als Pendelbahneinsatz ausgeführt sein. Die Anlaufbereiche können eingepresst, verstemmt und/oder axial und radial gesichert angeordnet sein.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
- 1: Einen Querschnitt einer Drehbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 2: Einen Querschnitt einer Drehbaugruppe in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 3: Einen Querschnitt einer Drehbaugruppe in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung.
- 4: Einen Vergleich der Leistungsfähigkeit der Drehschwingungsbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik.
- 5: Eine Seitenansicht einer Drehschwingungsbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen Querschnitt einer Drehbaugruppe 10 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Die Drehbaugruppe 10 ist in einem Antriebsstrang eines Fahrzeugs angeordnet. Der Antriebsstrang kann ein Hybridantriebsstrang sein, mit einem ein Antriebsdrehmoment bewirkendes Antriebselement, beispielsweise einem Verbrennungsmotor. Das Antriebselement kann im Betrieb Drehschwingungen auslösen, die sich nachteilig auf den Fahrkomfort des Fahrzeugs und ebenfalls auf die Funktion der im Fahrzeug eingebauten Bauteile auswirkt.
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Die Drehbaugruppe 10 umfasst einen Elektromotor 12 mit einem Stator 14 und einem um eine Drehachse 16 drehbaren Rotor 18. Der Elektromotor 12 kann ein weiteres Antriebsdrehmoment zusätzlich oder alternativ zu dem Antriebsdrehmoment des Antriebselements bewirken. Auch kann der Elektromotor 12 das Antriebsdrehmoment alleine bereitstellen.
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Weiterhin umfasst die Drehbaugruppe 10 eine Drehschwingungsbaugruppe 20 zur Verringerung von Drehschwingungen. Die Drehschwingungsbaugruppe 20 umfasst einen Drehschwingungsdämpfer 22 und ein Fliehkraftpendel 24. Auch kann die Drehschwingungsbaugruppe 20 nur eines von beiden umfassen. Die Drehbaugruppe 10 kann damit auch ausschließlich den Drehschwingungsdämpfer 22 oder das Fliehkraftpendel 24 aufweisen.
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Der Drehschwingungsdämpfer 22 weist einen um die Drehachse 16 drehbaren Dämpfereingang 26 und einen um die Drehachse 16 drehbaren Dämpferausgang 28 auf. Der Dämpferausgang 28 ist gegen die Rückstellkraft eines Federelements 30, bevorzugt einer Druckfeder oder Bogenfeder, gegenüber dem Dämpfereingang 26 begrenzt verdrehbar. Der Drehschwingungsdämpfer 22 kann dabei das Antriebsdrehmoment übertragen und die Drehschwingungen verringern.
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Das Fliehkraftpendel 24 weist einen um die Drehachse 16 drehbaren Pendelmassenträger 32 und wenigstens eine daran entlang einer Pendelbahn begrenzt auslenkbar aufgenommene Pendelmasse 34 auf. Die Pendelmasse 34 ist gegenüber dem Pendelmassenträger 32 durch eine die Pendelbahn ausbildende Pendellagerung begrenzt bewegbar. Das Fliehkraftpendel 24 kann dabei die Drehschwingungen verringern.
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Der Pendelmassenträger 32 und der Dämpfereingang 26 sind mit dem Rotor 18 jeweils drehfest verbunden und axial nebeneinander angeordnet. Der Rotor 18 ist axial neben dem Fliehkraftpendel 24 und wenigstens teilweise radial überlappend zu der Pendelmasse 34 angeordnet. Die Pendelmasse 34 und das Federelement 30 sind radial überlappend zu dem Stator 14 angeordnet.
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Die Drehschwingungsbaugruppe 20 umfasst ein Anschlussbauteil 42, das ein gegenüber dem Rotor 18 begrenzt auslenkbares Auslenkungselement 44 aufnimmt. Das Anschlussbauteil 42 kann wie hier dargestellt als der Pendelmassenträger 32 und/oder der Dämpfereingang 26 und das Auslenkungselement 44 als die Pendelmasse 34, der Dämpferausgang 28 und/oder das Federelement 30 ausgeführt sein. Durch die gegenseitige begrenzte Bewegbarkeit zwischen dem Dämpfereingang 26, dem Federelement 30 und dem Dämpferausgang 28 und zwischen der Pendelmasse 34 und dem Pendelmassenträger 32 bestehen reibungsbelastete Anlaufstellen, deren Reibung abhängig von dem durch den Rotor 18 aufgebauten elektromagnetischen Feld auf das Auslenkungselement 44 durch die dabei entstehenden Anziehungskräfte ist. Auch wird die Leistungsfähigkeit des Elektromotors 12 wiederum durch die in der Umgebung des Elektromotors 12 angeordneten Bauteile, wie das Auslenkungselement 44, beeinflusst.
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Ein axial zwischen dem Elektromotor 12 und der Drehschwingungsbaugruppe 20 angeordnetes Entkopplungsmittel 46 verringert das von dem drehenden Rotor 18 ausgehende und auf das Auslenkungselement 44 übertragene elektromagnetische Feld 47. Dadurch kann das von dem Rotor 18 auf das Auslenkungselement 44 einwirkende elektromagnetische Feld 47 verringert werden. Das Entkopplungsmittel 46 weist ein Abschirmelement 48 auf, das als Abschirmblech 50 ausgeführt ist. Dadurch kann die gegenseitige Wechselwirkung zwischen dem elektromagnetischen Feld 47 des Rotors 18 und der Bewegung des Auslenkungselements 44 verringert werden. Die Drehschwingungsbaugruppe 20 kann axial näher an den Elektromotor 12 herangeführt und dabei der Bauraum der Drehbaugruppe 10 verringert werden.
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2 zeigt einen Querschnitt einer Drehbaugruppe 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Aussendurchmesser der Drehschwingungsbaugruppe 20 ist kleiner als ein Innendurchmesser des Stators 14. Der Drehschwingungsdämpfer 22 und das Fliehkraftpendel 24 sind axial nebeneinander und neben dem Rotor 18 angeordnet. Das Abschirmblech 50 ist axial zwischen dem Rotor 18 und dem Fliehkraftpendel 24 angeordnet und verringert dadurch den durch das elektromagnetische Feld 47 des Rotors 18 entstehenden elektromagnetischen Eintrag auf das Fliehkraftpendel 24 und den Drehschwingungsdämpfer 22.
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3 zeigt einen Querschnitt einer Drehbaugruppe 10 in einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Fliehkraftpendel 24 und der Drehschwingungsdämpfer 22 sind radial innerhalb des Rotor 18 angeordnet. Das von dem Rotor 18 ausgehende elektromagnetische Feld wird durch das Abschirmblech 50 zwischen dem Rotor 18 und der Drehschwingungsbaugruppe 20 abgeschwächt oder abgehalten. Das Abschirmblech 50 weist eine im Wesentlichen axiale Erstreckung auf und ist radial zwischen dem Rotor 18 und der Drehschwingungsbaugruppe 20 angeordnet.
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Zur weiteren oder alternativen Verringerung des elektromagnetischen Eintrags auf das Auslenkungselement 44 kann das Auslenkungselement 44 aus einem ersten Material aufgebaut sein, dessen relative magnetische Permeabilität kleiner als eine Referenzpermeabilität, entsprechend einer relativen magnetischen Permeabilität von 16MnCr5 (1.7131) Stahl als Referenzmaterial ist. Beispielsweise kann die Pendelmasse 34 oder auch ausschließlich die dem Rotor 18 am nächsten liegende Pendelmasse 34 aus dem ersten Material aufgebaut sein.
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Diese Möglichkeit der Ausführung des Auslenkungselements 44 aus dem ersten Material kann auch alternativ oder zusätzlich bei den Ausführungen in 1 und 2 umgesetzt werden. Dabei können, wie auch in 3, die Entkopplungsmittel 46 entfallen oder durch deren Anordnung eine zusätzliche Abschirmung bewirken.
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4 zeigt einen Vergleich der Leistungsfähigkeit der Drehschwingungsbaugruppe in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Eine durch das elektromagnetische Feld des Rotors auf das Auslenkungselement einwirkende Anziehungskraft in Richtung des Rotors kann die Leistungsfähigkeit der Drehschwingungsbaugruppe beeinträchtigen. Die Axialkraft kann die Reibung in der Drehschwingungsbaugruppe, beispielsweise in dem Fliehkraftpendel erhöhen. Diese Auswirkung ist vorliegend als Einfluss auf die von der Drehzahl n des Antriebselements abhängige Leistung eines Fliehkraftpendels zur Verringerung von Drehschwingungen ausgedrückt und zwar in 4 a) als Winkelbeschleunigung a und in 4 b) als Rückstellmoment M.
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In dem Diagramm in 4 wurde ein vollgeschmierter Reibkontakt zwischen dem Auslenkungselement und dem Anschlussbauteil mit einem Reibwert von 0,1 angenommen. Bei trockener Umgebung, beispielsweise in einem Zweimassenschwungrad können die Reibwerte höher ausfallen und bei 0,5 liegen.
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In 4 a) ist ein Vergleich zwischen der Winkelbeschleunigung 52 einer Drehbaugruppe mit eingesetzten Entkopplungsmittel zwischen dem Rotor und dem Auslenkungselement und der Winkelbeschleunigung 54 einer Drehbaugruppe nach dem Stand der Technik aufgetragen.
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In 4 b) ist ein Vergleich zwischen dem Rückstellmoment 56 einer Drehbaugruppe mit eingesetzten Entkopplungsmittel zwischen dem Rotor und dem Auslenkungselement und dem Rückstellmoment 58 einer Drehbaugruppe nach dem Stand der Technik aufgetragen.
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5 zeigt eine Seitenansicht einer Drehschwingungsbaugruppe 20 in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Fliehkraftpendel 24 umfasst Pendelmassen 34, die umfangsseitig nebeneinander angeordnet und über jeweils eine Pendellagerung 36 an dem Pendelmassenträger 32 entlang einer Pendelbahn begrenzt auslenkbar aufgenommen sind. Die Pendellagerung 36 jeder Pendelmasse 34 umfasst zwei Pendelrollen 60, die jeweils in einem Ausschnitt in dem Pendelmassenträger 32 und einem Ausschnitt 64 in der Pendelmasse 34 aufgenommen sind und die Pendelbahn festlegen. Die Pendelrollen 60 sind dabei an Anlaufbereichen 66, hier an Abrollflächen 68 in den Ausschnitten 64 abrollbar. Bei einer Bewegung der Pendelmasse 34 gegenüber dem Pendelmassenträger 32 hängt die unter anderem auf die Abrollfläche 68 wirkende Reibungskraft von dem elektromagnetischen Feld des Rotors und der dabei entstehenden Anziehungskraft auf die Pendelmasse 34 ab.
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Um diese Einwirkung des Elektromotors zu verringern, ist die Pendelmasse 34 aus einem ersten Material aufgebaut, dessen relative magnetische Permeabilität kleiner als eine Referenzpermeabilität, entsprechend einer relativen magnetischen Permeabilität von 16MnCr5 (1.7131) Stahl als Referenzmaterial ist. Dadurch kann die Anziehungskraft auf die Pendelmasse 34 und die Reibung auf die Anlaufbereiche 66 und die Reibung zwischen dem Auslenkungselement 44 und dem Anschlussbauteil 42 verringert werden.
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Um dennoch eine möglichst zuverlässige Pendellagerung 36 aufzubauen, die an den Abrollflächen 68 eine ausreichende Materialhärte aufweist, umfasst das Fliehkraftpendel 24 als getrennte Bauteile ausgeführte Anlaufbereiche 66, die jeweils als Pendelbahneinsatz 70 ausgeführt sind und in der Pendelmasse 34 und gegebenenfalls in dem Pendelmassenträger 32 eingepresst, verstemmt und/oder axial und radial gesichert angeordnet sind. Der jeweilige Pendelbahneinsatz 70 ist zumindest teilweise aus einem zweiten Material mit einer Materialhärte größer als die des ersten Materials aufgebaut. Dadurch kann die Pendelmasse 34 zuverlässig und abriebfest gelagert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Drehbaugruppe
- 12
- Elektromotor
- 14
- Stator
- 16
- Drehachse
- 18
- Rotor
- 20
- Drehschwingungsbaugruppe
- 22
- Drehschwingungsdämpfer
- 24
- Fliehkraftpendel
- 26
- Dämpfereingang
- 28
- Dämpferausgang
- 30
- Federelement
- 32
- Pendelmassenträger
- 34
- Pendelmasse
- 36
- Pendellagerung
- 42
- Anschlussbauteil
- 44
- Auslenkungselement
- 46
- Entkopplungsmittel
- 47
- elektromagnetisches Feld
- 48
- Abschirmelement
- 50
- Abschirmblech
- 52
- Winkelbeschleunigung
- 54
- Winkelbeschleunigung
- 56
- Rückstellmoment
- 58
- Rückstellmoment
- 60
- Pendelrolle
- 64
- Ausschnitt
- 66
- Anlaufbereich
- 68
- Abrollfläche
- 70
- Pendelbahneinsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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